(57)【要約】      （修正有）【課題】低電気抵抗で安価な燃料電池用のセパレータおよびその製造方法を得る。【解決手段】導電性粒子の含有量を６０重量％以上、９０重量％以下の範囲に、かつ、樹脂の溶融温度におけるせん断速度１０００ｓｅｃ−１の時の溶融せん断粘度を１×１０３Ｐａ・ｓｅｃ以上、１×１０７Ｐａ・ｓｅｃ以下の範囲に調整して第１の樹脂１７を得る。導電性粒子の含有量を５０重量％以上、９０重量％未満の範囲で第１の樹脂１７の導電性粒子の含有量より少なく、かつ、樹脂の溶融温度におけるせん断速度１０００ｓｅｃ−１の時の溶融せん断粘度を１×１０２Ｐａ・ｓｅｃ以上、１×１０５Ｐａ・ｓｅｃ未満の範囲に調整して第２の樹脂１９を得る。そして、第１の樹脂１７で作製された樹脂ブロック１８を金型のキャビティ１３内に配設し、金型を第１の樹脂１７の溶融温度以上に加熱し、第２の樹脂１９をキャビティ１３内に射出成形する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外層部が芯層部の外表面を覆うように形成された燃料電池用のセパレータであって、
上記外層部が、導電性粒子の含有量を６０重量％以上、９０重量％以下の範囲に、かつ、樹脂の溶融温度におけるせん断速度１０００ｓｅｃ−１の時の溶融せん断粘度を１×１０３Ｐａ・ｓｅｃ以上、１×１０７Ｐａ・ｓｅｃ以下の範囲に調整された第１の樹脂により作製され、
上記芯層部が、導電性粒子の含有量を５０重量％以上、９０重量％未満の範囲で上記第１の樹脂の導電性粒子の含有量より少なく、かつ、樹脂の溶融温度におけるせん断速度１０００ｓｅｃ−１の時の溶融せん断粘度を１×１０２Ｐａ・ｓｅｃ以上、１×１０５Ｐａ・ｓｅｃ未満の範囲に調整された第２の樹脂により作製されていることを特徴とする燃料電池用のセパレータ。
【請求項２】
外層部が芯層部の外表面を覆うように形成された燃料電池用のセパレータの製造方法であって、
導電性粒子を第１の割合で含有する第１の樹脂および該導電性粒子を該第１の割合より少ない第２の割合で含有する第２の樹脂を調整する工程と、
上記第１の樹脂で作製された樹脂ブロックを金型のキャビティ内に配設する工程と、
上記金型を上記第１の樹脂の溶融温度以上に加熱し、上記第２の樹脂を上記キャビティ内に射出成形する工程と、
を備えていることを特徴とする燃料電池用のセパレータの製造方法。
【請求項３】
上記樹脂ブロックが上記キャビティ内のゲート出口に密接して配置され、該樹脂ブロックの樹脂流動方向長さが該キャビティの樹脂流動方向長さの３０％以上、５０％以下であることを特徴とする請求項２記載の燃料電池用のセパレータの製造方法。
【請求項４】
上記第１の樹脂が、上記第１の割合を６０重量％以上、９０重量％以下の範囲に、かつ、樹脂の溶融温度におけるせん断速度１０００ｓｅｃ−１の時の溶融せん断粘度を１×１０３Ｐａ・ｓｅｃ以上、１×１０７Ｐａ・ｓｅｃ以下の範囲に調整され、
上記第２の樹脂が、上記第２の割合を５０重量％以上、９０重量％未満の範囲で上記第１の割合より少なく、かつ、樹脂の溶融温度におけるせん断速度１０００ｓｅｃ−１の時の溶融せん断粘度を１×１０２Ｐａ・ｓｅｃ以上、１×１０５Ｐａ・ｓｅｃ未満の範囲に調整されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の燃料電池用のセパレータの製造方法。
【請求項５】
導電性粒子の層が芯層部の外表面を覆うように形成された燃料電池用のセパレータの製造方法であって、
上記導電性粒子の層を金型のキャビティの壁面の全面に塗布形成する工程と、
上記導電性粒子を含有する樹脂を上記キャビティ内に射出成形する工程と、
を備えていることを特徴とする燃料電池用のセパレータの製造方法。
【請求項６】
上記導電性粒子がカーボン粒子であることを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載の燃料電池用のセパレータの製造方法。
【請求項７】
上記導電性粒子がカーボン繊維であることを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載の燃料電池用のセパレータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池用のセパレータおよびその製造方法に関し、特に、導電性粒子を含有する樹脂により射出成形された燃料電池用のセパレータおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池用のセパレータは、カーボン含有量の少ない樹脂により形成された芯層部と、カーボン含有量の多い樹脂により芯層部の外表面を覆うように形成された外層部とにより構成されている（例えば、特許文献１参照）。このように構成された従来のセパレータにおいては、カーボン含有量の多い外層部で高い導電性を確保し、カーボン含有量の少ない芯層部で物理的な強度を確保している。
【０００３】
特許文献１には、２つの燃料電池用のセパレータの製造方法が記載されている。
まず、第１の製造方法では、カーボン含有量の少ない樹脂で射出成形し、その後金型を少し開けてカーボン含有量の多い樹脂で射出成形する二層形成技術を用いて製造している。これにより、カーボン含有量の多い樹脂がカーボン含有量の少ない樹脂層を覆うように成形され、両樹脂の境目は相溶して一体となる。
また、第２の製造方法では、カーボン含有量が多く流動性の高いハイフロー樹脂で射出成形し、ハイフロー樹脂が固まらないうちに、カーボン含有量が少なく流動性の低いロースロー樹脂で射出成形して製造している。ここで、樹脂の流動性は、樹脂の分子量で調整している。これにより、ハイフロー樹脂が金型の表面にへばりつき、ハイフロー樹脂の中心部がローフロー樹脂に置き換わり、カーボン含有量の少ない樹脂がカーボン含有量の多い樹脂により覆われるように成形される。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３２３１５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の燃料電池用のセパレータの第１および第２の製造方法では、導電性を確保する外層部の全体が射出成形により形成されている。このように、外層部の全体を射出成形すると、成形時の樹脂の流動長が長くなり、流動先端の噴水流による流動先端表面に働く引っ張り力と、その流動先端の樹脂が金型壁面に移動して壁面から受けるせん断とにより、金型壁面での樹脂の含有量が多く、かつ、カーボン粒子が樹脂の流れ方向に配向して、スキン層が形成される。
このスキン層の形成により、外層部の電気抵抗が高くなってしまう。そこで、スキン層の低抵抗化を図るために、カーボン含有量を多くすると、樹脂の溶融粘度が大きくなり、射出成形できなくなってしまう。このように、従来の製造方法では、セパレータの低抵抗化に限界があった。
また、このスキン層が形成されるので、樹脂注入が開始されるゲート部から樹脂の流動先端にかけてのカーボン粒子の分布が均一にならず、外層部全体として均一な電気抵抗値が得られなくなる。
また、芯層部を形成する樹脂のカーボン含有量は、射出成形できる程度のカーボン含有量に限られた外層部を形成する樹脂よりさらに少ないので、セパレータの肉厚方向の貫通電気抵抗が高くなってしまう。
さらに、２種類の樹脂を一つの金型で射出成形しているので、２つの射出装置を有する射出成形機が必要となり、製造コストが高くなってしまう。
【０００６】
この発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、導電性粒子の含有量の多い第１の樹脂で作製された樹脂ブロックを金型内に設置し、金型を第１の樹脂の溶融温度以上に加熱した後、導電性粒子を含有した第２の樹脂を射出成形するようにし、低電気抵抗で安価な燃料電池用のセパレータおよびその製造方法を得ることを第１の目的とする。
また、導電性粒子を金型内壁面に塗布形成した後、導電性粒子を含有した樹脂を射出成形するようにし、低電気抵抗で安価な燃料電池用のセパレータを製造する方法を得ることを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、外層部が芯層部の外表面を覆うように形成された燃料電池用のセパレータの製造方法であって、導電性粒子を第１の割合で含有する第１の樹脂および該導電性粒子を該第１の割合より少ない第２の割合で含有する第２の樹脂を調整する工程と、上記第１の樹脂で作製された樹脂ブロックを金型のキャビティ内に配設する工程と、上記金型を上記第１の樹脂の溶融温度以上に加熱し、上記第２の樹脂を上記キャビティ内に射出成形する工程と、を備えている。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、第１の樹脂からなる樹脂ブロックがキャビティ内に配設されるので、第１の樹脂の導電性粒子の含有量を多くすることができ、低電気抵抗の外層部を有するセパレータを製造できる。また、第１の樹脂の流動長さが短くなり、スキン層での導電性粒子の配向が低減され、低電気抵抗の外層部を有するセパレータを製造できる。第２の樹脂のみが射出成形されるので、第２の樹脂の流動性のみを、ゲートでの圧力損失を考慮して、射出性可能な流動性まで下げることができ、その分低電気抵抗の芯層部を有するセパレータを製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る固体高分子形燃料電池を構成する単セルを模式的に説明する断面図である。
図１において、単セル１は、電極・膜接合体２と、電極・膜接合体２を両側から挟み込むように配置された一対のセパレータ６とを有している。
電極・膜接合体２は、矩形平板状の多孔質電極４、５が矩形平板状の電解質膜３の両面に相対するように配置されて接合一体化されている。多孔質電極４、５には、カーボンペーパやカーボンクロスなどの多孔質体が用いられ、電解質膜３の外形寸法と同等の外形寸法の矩形状に形成され、電解質膜３に接する面に白金を主成分とする触媒（図示せず）が塗布されている。
なお、電解質膜３には、例えばナフィオン（デュポン社の登録商標）、アシプレックス（旭化成（株）の登録商標）、フレミオン（旭硝子（株）の登録商標）等の固体高分子電解質膜が用いられる。
【００１０】
セパレータ６は、電極・膜接合体２の外形寸法と同等の外形寸法の矩形状に作製されている。そして、ガス流路７がセパレータ６の両面の多孔質電極４、５に接する領域に形成されている。
セパレータ６は、導電性粒子の含有量が異なる第１および第２の樹脂を用いて作製され、芯層部６ａと、芯層部６ａの外表面を覆うように形成された外層部６ｂとから構成されている。そして、外層部６ｂは、導電性粒子の含有量の多い第１の樹脂で作製され、セパレータ６の導電性を確保している。一方、芯層部６ａは、導電性粒子の含有量の少ない第２の樹脂で作製され、セパレータ６の物理的な強度を確保している。
【００１１】
ここで、ガス流路７がセパレータ６の両面に形成されていることから、電極・膜接合体２とセパレータ６とを交互に積層して、固体高分子形燃料電池が構成される。また、ガス流路７がセパレータ６の一面にのみ形成されている場合には、電極・膜接合体２を一対のセパレータ６により挟持してなる単セルを所定枚数積層して、固体高分子形燃料電池が構成される。
【００１２】
つぎに、セパレータ６の製造方法について図２および図３を参照しつつ説明する。図２はこの発明の実施の形態１に係るセパレータを射出成形するための金型を示す断面図、図３はこの発明の実施の形態１に係るセパレータの製造工程を説明する工程断面図である。
図２において、金型１０は、上金型１１と、下金型１２とから構成されている。上金型１１には、セパレータ６の上部側の外形形状を規定する凹溝１１ａが凹設され、下金型１２には、セパレータ６の下部側の外形形状を規定する凹溝１２ａが凹設されている。そして、上金型１１と下金型１２とを組み合わせて、凹溝１１ａ、１２ａによるキャビティ１３が構成される。また、上金型１１には、樹脂をキャビティ１３に注入する注入路となるスプル１４、ランナー１５およびゲート１６が形成されている。
【００１３】
まず、導電性粒子の含有量が６０重量％（以下、ｗｔ％とする）以上、９０ｗｔ％以下の範囲となり、かつ、樹脂の溶融温度におけるせん断速度１０００ｓｅｃ−１の時の溶融せん断粘度が１×１０３Ｐａ・ｓｅｃ以上、１×１０７Ｐａ・ｓｅｃ以下の範囲となるように導電性粒子とベース樹脂とを調整して第１の樹脂１７を作製する。また、導電性粒子の含有量が５０ｗｔ％以上、９０ｗｔ％以下の範囲となり、かつ、樹脂の溶融温度におけるせん断速度１０００ｓｅｃ−１の時の溶融せん断粘度が１×１０２Ｐａ・ｓｅｃ以上、１×１０５Ｐａ・ｓｅｃ未満の範囲となるように導電性粒子とベース樹脂とを調整して第２の樹脂１９を作製する。
ついで、第１の樹脂１７を用いてプレス成形し、樹脂ブロック１８を作製する。この樹脂ブロック１８は、キャビティ１３の空隙（セパレータ６のガス流路７の底面間の厚み）と同程度の厚みを有し、キャビティ１３の樹脂流動方向長さの３０〜５０％の長さを有する矩形平板状に構成されている。
ついで、樹脂ブロック１８を下金型１２の凹溝１２ａ内にゲート１６の出口に接するように設置し、上金型１１を下金型１２上にセットする。そして、金型１０を第１の樹脂１７（ベース樹脂）の溶融温度以上に昇温し、樹脂ブロック１８を溶融した後、図３の（ａ）に示されるように、第２の樹脂１９をスプル１４、ランナー１５およびゲート１６を介してキャビティ１３に射出成形する。
【００１４】
第２の樹脂１９がキャビティ１３内に注入されると、第２の樹脂１９は第１の樹脂１７の芯層部に流れ込む。この第２の樹脂１９の樹脂圧力により、キャビティ１３の肉厚中心の流速が最大で、キャビティ１３の表面の流速が０となるせん断流動が発生し、図３の（ｂ）に示されるように、第１の樹脂１７がキャビティ１３の表面に押し流されるように変形し、第２の樹脂１９が第１の樹脂１７の芯層部を流れながら前進する。これにより、第１の樹脂１７が、キャビティ１３の上下の溝内に充填されつつ、第２の樹脂１９の前進方向に押し流される。
そして、図３の（ｃ）に示されるように、キャビティ１３が第１および第２の樹脂１７、１９により充満される。これにより、第１の樹脂１７で形成される外層部６ｂが第２の樹脂１９で形成される芯層部６ａの外表面を覆い、第１および第２の樹脂１７、１９の境目が相溶して一体となったセパレータ６が得られる。
【００１５】
ここで、導電性粒子としては、μｍオーダー以下のカーボン微粒子、ｍｍオーダー以下のカーボン粒子、μｍオーダー以下のカーボン短繊維などを用いることができる。そして、カーボン粒子（カーボン微粒子を含む）を用いると、射出成形後のセパレータ６の貫通電気抵抗を小さくすることができる。また、カーボン繊維を用いると、少ない含有量で電気抵抗を小さくできる。
第１および第２の樹脂に用いられるベース樹脂としては、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂、フッ素樹脂および液晶ポリマーから選ばれる少なくとも一つの樹脂を用いることができる。
【００１６】
樹脂ブロック１８のゲート１６の出口から樹脂流動方向の端部までの長さｌと、キャビティ１３のゲート１６の出口から樹脂流動方向末端までの長さＬとの比率｛（ｌ／Ｌ）×１００｝が、３０％より小さいと、第１の樹脂１７の樹脂量が少なすぎ、キャビティ１３に樹脂流動方向の末端では、第２の樹脂１９のみが充満される。また、上記比率が５０％を超えると、第１の樹脂１７の樹脂量が多すぎ、キャビティ１３に樹脂流動方向の末端では、第２の樹脂１９のみが充満される。従って、ゲート１６の出口に接して配設される樹脂ブロック１８の樹脂流動方向の長さｌは、キャビティ１３のゲート１６の出口から樹脂流動方向末端までの長さＬの３０％以上、５０％以下の範囲が好ましい。
また、樹脂ブロック１８はプレス成形に限らず射出成形により成形されてもよい。この場合、樹脂ブロック１８は高精度の外形形状が要求されないので、ゲート径を大きくし、射出成形可能な流動性を下げることにより、第１の樹脂１７の射出成形が可能となる。
また、第２の樹脂１９の射出成形前に金型１０の温度は、第１の樹脂１７を溶融させるために、第１の樹脂１７の溶融温度（融点）以上の温度まで昇温しておく。この時の金型２０の温度は、成形サイクルを短くする観点から、第１の樹脂１７の融点以上、融点より５０℃高い温度以下の温度範囲にすることが好ましい。
【００１７】
第１の樹脂１７において、導電性粒子の含有量が６０ｗｔ％より少ないと、外層部６ｂの電気抵抗が高くなり、セパレータ６の所望の導電性を確保できなくなる。また、導電性粒子の含有量が９０ｗｔ％を超えると、流動性が低くなりすぎ、第１の樹脂１７が第１の樹脂１７の芯層部を流れながら前進する第２の樹脂１９の圧力により樹脂流動方向の前方に押し流されにくくなり、第２の樹脂１９が第１の樹脂１７を突き抜けて、キャビティ１３の樹脂流動方向の末端側が第２の樹脂１９のみで充満されてしまう。そこで、第１の樹脂１７における導電性粒子の含有量は、６０ｗｔ％以上、９０ｗｔ％以下の範囲が好ましく、７０ｗｔ％以上、９０ｗｔ％以下の範囲がより好ましい。
また、第１の樹脂１７において、溶融温度におけるせん断速度１０００ｓｅｃ−１の時の溶融せん断粘度が１×１０３Ｐａ・ｓｅｃより小さいと、流動性が高くなりすぎ、射出成形される第２の樹脂１９の樹脂圧力によって発生するせん断流動が小さくなり、第２の樹脂１９が第１の樹脂１７の芯層部を流れて樹脂流動方向の末端側まで前進できなくなる。即ち、キャビティ１３の樹脂流動方向の末端側では、第１の樹脂１７のみが充満されてしまう。また、溶融温度におけるせん断速度１０００ｓｅｃ−１の時の溶融せん断粘度が１×１０７Ｐａ・ｓｅｃより大きいと、流動性が低くなりすぎ、第２の樹脂１９が第１の樹脂１７を突き抜けて、キャビティ１３の樹脂流動方向の末端側が第２の樹脂１９のみで充満されてしまう。そこで、第１の樹脂１７における、溶融温度におけるせん断速度１０００ｓｅｃ−１の時の溶融せん断粘度は、１×１０３Ｐａ・ｓｅｃ以上、１×１０７Ｐａ・ｓｅｃ以下の範囲が好ましい。
【００１８】
第２の樹脂１９において、導電性粒子の含有量が５０ｗｔ％より少ないと、芯層部６ａの電気抵抗が高くなり、セパレータ６の所望の貫通電気抵抗を確保できなくなる。また、導電性粒子の含有量が９０ｗｔ％以上であると、ベース樹脂量が少なくなりすぎ、セパレータ６としての所望の物理的な強度が得られない。そこで、第２の樹脂１９における導電性粒子の含有量は、５０ｗｔ％以上、９０ｗｔ％未満の範囲が好ましい。
また、第２の樹脂１９において、溶融温度におけるせん断速度１０００ｓｅｃ−１の時の溶融せん断粘度が１×１０２Ｐａ・ｓｅｃより小さいと、流動性が高くなりすぎ、射出成形される第２の樹脂１９が第１の樹脂１７の芯層部を突き抜けて、キャビティ１３の樹脂流動方向の末端側が第２の樹脂１９のみで充満されてしまう。また、溶融温度におけるせん断速度１０００ｓｅｃ−１の時の溶融せん断粘度が１×１０５Ｐａ・ｓｅｃ以上となると、流動性が低くなりすぎ、第２の樹脂１９をゲート１６から射出成形できなくなる。そこで、第２の樹脂１９における、溶融温度におけるせん断速度１０００ｓｅｃ−１の時の溶融せん断粘度は、１×１０２Ｐａ・ｓｅｃ以上、１×１０５Ｐａ・ｓｅｃ未満の範囲が好ましい。
【００１９】
なお、第１および第２の樹脂１７、１９における、各溶融温度におけるせん断速度１０００ｓｅｃ−１の時の溶融せん断粘度は、粘度測定装置として東洋精密（株）製キャプログラフ１Ｄを用い、キャプラリ長さ１０ｍｍ、キャプラリ直径１ｍｍで測定されたものである。
【００２０】
この実施の形態１によるセパレータ６では、外層部６ｂが、導電性粒子の含有量を６０重量％以上、９０重量％以下の範囲に、かつ、溶融温度におけるせん断速度１０００ｓｅｃ−１の時の溶融せん断粘度を１×１０３Ｐａ・ｓｅｃ以上、１×１０７Ｐａ・ｓｅｃ以下の範囲に調整された第１の樹脂１７により作製されているので、外層部６ｂの電気抵抗が低抵抗化され、セパレータ６の導電性が確保される。
また、芯層部６ａが、導電性粒子の含有量を５０重量％以上、９０重量％未満の範囲で第１の樹脂１７の導電性粒子の含有量より少なく、かつ、溶融温度におけるせん断速度１０００ｓｅｃ−１の時の溶融せん断粘度を１×１０２Ｐａ・ｓｅｃ以上、１×１０５Ｐａ・ｓｅｃ未満の範囲に調整された第２の樹脂１９により作製されているので、セパレータ６の物理的な強度が確保されるとともに、セパレータ６の肉厚方向の貫通電気抵抗の低抵抗化が図られる。
【００２１】
この実施の形態１によるセパレータ６の製造方法では、外層部６ｂを構成する第１の樹脂１７からなる樹脂ブロック１８が予め金型１０のキャビティ１３内に配設されている、つまり第１の樹脂１７をゲート１６を介してキャビティ１３に射出成形しないので、成形時に、金型１０のゲート１６での圧力損失を考慮して、第１の樹脂１７の流動性を射出成形可能な流動性に低減する必要がない。そこで、第１の樹脂１７の導電性粒子の含有量を多くすることができ、外層部６ｂの電気抵抗の低抵抗化が図られる。
また、樹脂ブロック１８が、キャビティ１３内にゲート１６の出口から樹脂流動方向長さＬの３０〜５０％の領域に至るように配設されているので、第１の樹脂１７を射出成形した場合に比べて、第２の樹脂１９の射出成形時の第１の樹脂１７の流動長さが、半分程度に短くなる。そこで、第１の樹脂１７のせん断流動によるスキン層でのカーボン粒子の配向が低減され、外層部６ｂの電気抵抗の増大が抑えられる。また、ゲート１６の出口から樹脂流動方向の末端までの導電性粒子の分布が均一化され、外層部６ｂ全体として均一な電気抵抗が得られる。
【００２２】
また、第１の樹脂１７の射出成形が不要となるので、射出成形される樹脂は第２の樹脂１９のみとなる。そこで、射出成形される樹脂が１種類（第２の樹脂１９）となり、特殊な成形装置を用いる必要はなく、セパレータ６の製造コストを抑えることができる。また、第２の樹脂１９の流動性のみを、ゲート１６での圧力損失を考慮して、射出成形可能な流動性まで下げることができるので、第２の樹脂１９のカーボン含有量を５０ｗｔ％以上にすることができ、芯層部６ａの電気抵抗の低抵抗化が図られる。その結果、セパレータ６の肉厚方向の貫通電気抵抗の低抵抗化が図られる。
【００２３】
以下に、この実施の形態１による発明を実施例に基づいてより詳細に説明する。
【００２４】
実施例１．
実施例１では、ベース樹脂としてポリフェニレンスルフィド樹脂を用い、導電性粒子としてカーボン粒子を用いた。そして、ポリフェニレンスルフィド樹脂にカーボン粒子を７０ｗｔ％添加し、樹脂温度２９０℃でせん断速度１０００ｓｅｃ−１の時の溶融せん断粘度が２×１０６Ｐａ・ｓｅｃとなるように第１の樹脂を調整した。また、ポリフェニレンスルフィド樹脂にカーボン粒子を６５ｗｔ％添加し、樹脂温度２９０℃でせん断速度１０００ｓｅｃ−１の時の溶融せん断粘度が５×１０３Ｐａ・ｓｅｃとなるように第２の樹脂を調整した。
そして、第１の樹脂を用いてプレス成形し、樹脂ブロックを作製した。この樹脂ブロックは、キャビティの空隙（セパレータのガス流路の底面間の厚み）と同程度の厚みを有し、キャビティの樹脂流動方向長さの４０％の長さを有する矩形状に構成した。
ついで、樹脂ブロックを下金型の凹溝内にゲートの出口に接するように設置し、上金型を下金型上にセットした。そして、金型を３００℃（ポリフェニレンスルフィド樹脂の溶融温度：２８０〜２９０℃）に昇温し、樹脂ブロックを溶融した後、第２の樹脂をスプル、ランナーおよびゲートを介してキャビティに射出成形した。
その後、金型を室温まで冷却し、セパレータを得た。
【００２５】
このようにして得られたセパレータの成形性および電気特性の評価結果を図４に示す。
セパレータの成形性については、セパレータを切断し、断面を観察して評価した。その結果、芯層部が露出することなく外層部に覆われてセパレータの隅々まで形成されており、良好な成形性が得られたことが確認できた。また、得られたセパレータは、良好な電気抵抗値および貫通電気抵抗値を示した。
【００２６】
実施例２．
実施例２では、ベース樹脂としてポリフェニレンスルフィド樹脂を用い、導電性粒子としてカーボン粒子を用いた。そして、ポリフェニレンスルフィド樹脂にカーボン粒子を６０ｗｔ％添加し、樹脂温度２９０℃でせん断速度１０００ｓｅｃ−１の時の溶融せん断粘度が５×１０３Ｐａ・ｓｅｃとなるように第１の樹脂を調整した。また、ポリフェニレンスルフィド樹脂にカーボン粒子を５０ｗｔ％添加し、樹脂温度２９０℃でせん断速度１０００ｓｅｃ−１の時の溶融せん断粘度が３×１０２Ｐａ・ｓｅｃとなるように第２の樹脂を調整した。
そして、第１の樹脂を用いてプレス成形し、樹脂ブロックを作製した。この樹脂ブロックは、キャビティの空隙（セパレータのガス流路の底面間の厚み）と同程度の厚みを有し、キャビティの樹脂流動方向長さの３０％の長さを有する矩形状に構成した。
ついで、実施例１と同様の方法でセパレータを成形した。
【００２７】
このようにして得られたセパレータの成形性および電気特性の評価結果を図４に示す。
この実施例２においても、実施例１と同様に、芯層部が露出することなく、良好な電気抵抗値および貫通電気抵抗値を有するセパレータが得られた。
【００２８】
実施例３．
実施例３では、ベース樹脂としてポリフェニレンスルフィド樹脂を用い、導電性粒子としてカーボン粒子を用いた。そして、ポリフェニレンスルフィド樹脂にカーボン粒子を９０ｗｔ％添加し、樹脂温度２９０℃でせん断速度１０００ｓｅｃ−１の時の溶融せん断粘度が５×１０６Ｐａ・ｓｅｃとなるように第１の樹脂を調整した。また、ポリフェニレンスルフィド樹脂にカーボン粒子を８０ｗｔ％添加し、樹脂温度２９０℃でせん断速度１０００ｓｅｃ−１の時の溶融せん断粘度が３×１０４Ｐａ・ｓｅｃとなるように第２の樹脂を調整した。
そして、第１の樹脂を用いてプレス成形し、樹脂ブロックを作製した。この樹脂ブロックは、キャビティの空隙（セパレータのガス流路の底面間の厚み）と同程度の厚みを有し、キャビティの樹脂流動方向長さの５０％の長さを有する矩形状に構成した。
ついで、実施例１と同様の方法でセパレータを成形した。
【００２９】
このようにして得られたセパレータの成形性および電気特性の評価結果を図４に示す。
この実施例３においても、実施例１と同様に、芯層部が露出することなく、良好な電気抵抗値および貫通電気抵抗値を有するセパレータが得られた。
【００３０】
比較例１．
比較例１では、ベース樹脂としてポリフェニレンスルフィド樹脂を用い、導電性粒子としてカーボン粒子を用いた。そして、ポリフェニレンスルフィド樹脂にカーボン粒子を５０ｗｔ％添加し、樹脂温度２９０℃でせん断速度１０００ｓｅｃ−１の時の溶融せん断粘度が５×１０２Ｐａ・ｓｅｃとなるように第１の樹脂を調整した。また、ポリフェニレンスルフィド樹脂にカーボン粒子を４０ｗｔ％添加し、樹脂温度２９０℃でせん断速度１０００ｓｅｃ−１の時の溶融せん断粘度が５×１０１Ｐａ・ｓｅｃとなるように第２の樹脂を調整した。
そして、第１の樹脂を用いてプレス成形し、樹脂ブロックを作製した。この樹脂ブロックは、キャビティの空隙（セパレータのガス流路の底面間の厚み）と同程度の厚みを有し、キャビティの樹脂流動方向長さの４０％の長さを有する矩形状に構成した。
ついで、実施例１と同様の方法でセパレータを成形した。
【００３１】
このようにして得られたセパレータの成形性および電気特性の評価結果を図４に示す。
この比較例１では、芯層部の露出は確認されなかったが、樹脂流動方向の末端部における外層部の肉厚が極端に薄くなっていた。これは、第１および第２の樹脂の溶融せん断粘度がともに小さすぎたため、第２の樹脂の樹脂圧力により発生するせん断流動が小さくなったことに起因するものと考えられる。
また、電気抵抗値および貫通電気抵抗値が高く、セパレータに必要な低抵抗化ができなかった。これは、第１および第２の樹脂におけるカーボン含有量がともに少なかったことに起因するものと考えられる。
【００３２】
比較例２．
比較例２では、ベース樹脂としてポリフェニレンスルフィド樹脂を用い、導電性粒子としてカーボン粒子を用いた。そして、ポリフェニレンスルフィド樹脂にカーボン粒子を７０ｗｔ％添加し、樹脂温度２９０℃でせん断速度１０００ｓｅｃ−１の時の溶融せん断粘度が２×１０６Ｐａ・ｓｅｃとなるように第１の樹脂を調整した。また、ポリフェニレンスルフィド樹脂にカーボン粒子を７０ｗｔ％添加し、樹脂温度２９０℃でせん断速度１０００ｓｅｃ−１の時の溶融せん断粘度が５×１０３Ｐａ・ｓｅｃとなるように第２の樹脂を調整した。
そして、第１の樹脂を用いてプレス成形し、樹脂ブロックを作製した。この樹脂ブロックは、キャビティの空隙（セパレータのガス流路の底面間の厚み）と同程度の厚みを有し、キャビティの樹脂流動方向長さの２０％の長さを有する矩形状に構成した。
ついで、実施例１と同様の方法でセパレータを成形した。
【００３３】
このようにして得られたセパレータの成形性および電気特性の評価結果を図４に示す。
この比較例２では、第１および第２の樹脂におけるカーボン含有量が適正な範囲であったため、良好な電気抵抗値および貫通電気抵抗値を示した。
しかし、樹脂流動方向の末端での芯層部の露出が確認された。これは、第１の樹脂で作製された樹脂ブロックの樹脂流動方向長さが短かったため、第１の樹脂の樹脂量が不足したことに起因するものと考えられる。
【００３４】
実施の形態２．
この実施の形態２によるセパレータの製造方法について図５および図６を参照しつつ説明する。図５はこの発明の実施の形態２に係るセパレータの製造方法における外層部の形成工程を説明する工程断面図、図６はこの発明の実施の形態２に係るセパレータの製造方法における芯層部の形成工程を説明する工程断面図である。
まず、静電塗装によりカーボン粒子を上金型１１および下金型１２の凹溝１１ａ、１２ａの表面に塗布・固着して導電性粒子層としてのカーボン粒子層２０を形成する。そして、図５に示されるように、上金型１１を下金型１２上にセットし、金型１０を第２の樹脂１９の溶融温度以上に昇温した後、第２の樹脂１９をスプル１４、ランナー１５およびゲート１６を介してキャビティ１３に射出成形する。
第２の樹脂１９がキャビティ１３内に注入されると、第２の樹脂１９の樹脂圧力により、キャビティ１３の肉厚中心の流速が最大で、キャビティ１３の表面の流速が０となるせん断流動が発生し、第２の樹脂１９がキャビティ１３内を流れながら前進する。そして、図６に示されるように、第２の樹脂１９がキャビティ１３内に充満される。この時、カーボン粒子層２０は、第２の樹脂１９に押し流されることなくキャビティ１３の壁面に固着している。そこで、カーボン粒子層２０が第２の樹脂１９の外表面を覆うセパレータが得られる。なお、カーボン粒子層２０が外層部を構成し、第２の樹脂１９が芯層部を構成する。
【００３５】
この実施の形態２においても、外層部を構成するカーボン粒子層２０が予め金型１０のキャビティ１３の壁面に塗布形成されているので、セパレータの外層部の電気抵抗の低抵抗化が図られる。
また、外層部の射出成形が不要となるので、射出成形される樹脂は第２の樹脂１９のみとなる。そこで、射出成形される樹脂が１種類（第２の樹脂１９）となり、特殊な成形装置を用いる必要はなく、セパレータの製造コストの高騰を抑えることができる。また、第２の樹脂１９の流動性のみを、ゲート１６での圧力損失を考慮して、射出成形可能な流動性まで下げることができるので、第２の樹脂１９のカーボン含有量を５０ｗｔ％以上にすることができ、芯層部６ａの電気抵抗の低抵抗化が図られる。その結果、セパレータの肉厚方向の貫通電気抵抗の低抵抗化が図られる。
【００３６】
なお、この実施の形態２では、第２の樹脂１９の射出成形に先立って、カーボン粒子を静電塗装により上金型１１および下金型１２の凹溝１１ａ、１２ａ（キャビティ１３）の壁面に塗布・固着してカーボン粒子層２０を形成するものとしているが、カーボン粒子をアルコールや水などの溶剤に希釈し、その希釈液を上金型１１および下金型１２の凹溝１１ａ、１２ａの壁面に塗布した後、溶剤を揮発させてカーボン粒子を凹溝１１ａ、１２ａの壁面に固着させてカーボン粒子層を形成するようにしてもよい。
【００３７】
また、上記各実施の形態では、固体高分子形燃料電池に用いられるセパレータについて説明しているが、樹脂の融点以下の温度で動作可能な燃料電池であれば、いかなる燃料電池に用いてもよい。
また、上記各実施の形態では、導電性粒子としてカーボンを用いるものとしているが、導電性粒子はカーボンに限定されるものではなく、導電性を有するものであればよく、例えば金属粉や金属ファイバーを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る固体高分子形燃料電池を構成する単セルを模式的に説明する断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るセパレータを射出成形するための金型を示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るセパレータの製造工程を説明する工程断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る実施例におけるセパレータの評価結果を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係るセパレータの製造方法における外層部の形成工程を説明する工程断面図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係るセパレータの製造方法における芯層部の形成工程を説明する工程断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
６  セパレータ、６ａ  芯層部、６ｂ  外層部、１０  金型、１３  キャビティ、１７  第１の樹脂、１８  樹脂ブロック、１９  第２の樹脂、２０  カーボン粒子層（導電性粒子層）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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